中速发动机整机振动问题的分析

中速发动机的振动水平对于耐久性、噪声等品质评估标准至关重要。对于为了满足EPA T4排放标准而安装了排气后处理系统的柴油机而言,控制全局振动和局部振动越来越重要、越来越富挑战性。动力总成部件的耐久性不仅取决于曲轴的激振力,还受到结构部件振动的影响。文章介绍发动机全局振动分析方法的目的不是将动态负荷视作离散的静态负荷,而是在包含结构动态响应在内的实际工作条件下计算零部件的可靠性。这种混合分析流程将多体分析(MBA)和有限元分析(FEA)这两种广泛使用的分析方法相结合,可以模拟部件、装配的动态负荷,热力机械负荷,以及局部接触滑移影响。模拟方法在以往大量的发动机零部件基于加速度和应力测量领域经过验证。实际测量和模拟结果对比显示,该方法在全局变形和局部应力方面取得极佳的一致性。     

车轮多边形化对高速列车齿轮箱体动态响应的影响

为了研究高速列车齿轮箱体在受多边形车轮激扰下的动态响应,建立了包含齿轮传动系统和齿轮箱体有限元模型的整车动力学模型。进行了线路实测试验和箱体模态分析。对齿轮箱体上裂纹易于萌生处进行了加速度和动应力分析。结果表明:20阶多边形车轮容易引起齿轮箱体的一阶共振,导致振动加速度和应力显著提高,故障工况下的加速度和应力相比正常工况增加了4.6倍和45倍;车轮多边形化对齿轮箱体的影响是局部的,其危险区域为油位观察孔附近和散热筋附近;齿轮箱体发生异常振动时易发生疲劳破坏,箱体的服役寿命随着多边形波深增大而显著降低,应该在运维决策中对破坏危险点进行重点关注。     

基于子结构瞬态结构应力的轨道车辆焊接结构疲劳寿命评估方法研究

瞬态疲劳分析比频域疲劳分析更能反映结构动态特性。该方法因轨道车辆有限元模型太大,仿真时间成本过高而难以被大量、广泛应用。提出基于子结构瞬态结构应力的轨道车辆焊接结构疲劳寿命评估方法。基于Guyan缩减理论,提出子结构模态匹配方法确定动态子结构模型,再对动态子结构模型进行刚柔耦合仿真获得载荷历程。对该模型生成的焊缝子结构模型进行瞬态分析,获得等效结构应力响应时程进行焊缝疲劳寿命评估。以某高速列车焊接车体验证,研究结果表明：所提出方法能考虑轨道车辆刚柔耦合模拟和结构的动态振动特性,与传统方法相比,模态分析时间减少到47%,焊缝疲劳寿命评估结果误差不超过2%,但瞬态仿真时间减少95%。该方法还可以运用于其他焊接结构的瞬态仿真疲劳寿命评估。     

两种典型地铁受电弓关键部位疲劳失效评价与研究

地铁受电弓在服役条件下承受着复杂的交变应力作用，容易产生疲劳失效，因此有必要对受电弓部件进行疲劳寿命评价。文章通过对两种典型受电弓进行动态应力测试，得到ATO工况下应力时程曲线，实测结果发现当接触网导线高度突变时，某些测点的应力会出现相应的突变，然后回归小幅振荡。文章首先采用雨流计数法对应力时程数据进行循环计数统计，然后用Goodman模型考虑载荷谱中平均应力的影响，并结合材料的外推P-S-N曲线及Miner法则对受电弓部件进行寿命预测。结果显示，A型受电弓的上下臂杆连接部位以及B型受电弓的上框架部位疲劳寿命相对较短，应考虑构件结构改进以提高寿命。     

轨道局部指数衰减型动态不平顺对机车动力学响应影响

基于车辆系统动力学理论,通过MATLAB软件模拟局部指数衰减型动态不平顺作为外部激扰输入,运用SIMPACK多体动力学仿真软件,分析了不同行车速度下不平顺的幅值对机车的轮轨动力响应的影响规律。分析结果表明:该局部激扰会使机车轮轴横向力、轮重减载率、横向振动加速度3个指标发生较大恶化;轮重减载率和轮轴横向力会出现同步的同频率同幅值的发散收敛;不平顺幅值的增加或者行车速度的增加都会不同程度地加剧3个指标的恶化。     

铸钢制动盘体的研制与应用

高速重载铁路机车的大制动力对制动盘提出了更高要求，文章着重介绍了时速160 km内燃机车用铸钢材质制动盘体的结构设计，并在ABAQUS软件中建立了有限元仿真模型，对盘体进行了热负荷模拟校核，结果满足要求。研究探讨了材料化学成分对盘体性能的影响，分析了实践生产制造和检验过程中遇到的问题和控制方法，通过了盘体材料的性能检验和1∶1制动动力试验及疲劳试验，经过运用考核，运用情况良好。     

转向架撒砂装置随机振动疲劳分析与状态监测研究

转向架撒砂装置在服役过程中承受来自轮轨的随机振动激扰,其与轴箱体螺纹连接的部位可能出现松脱甚至断裂。文章一方面通过结合模态计算与模态试验对标研究,校验有限元模型,获得模态参数,并综合随机响应分析和疲劳应力评估的Dirlik模型,研究基于模态分析的随机振动疲劳分析方法;另一方面,为增加撒砂装置服役安全,研究了一种基于光纤光栅的状态监测技术,并在台架试验上进行了验证,在设计上保障了撒砂装置的服役安全。     

缺口应力法在机车焊接构架疲劳分析中的应用

为了关注焊接接头的局部力学特征,引入弹性缺口应力法分析复杂焊接结构的疲劳强度。文章采用Neuber应力平均概念衡量微观约束效应,并探讨了虚拟缺口圆的构造理论和参数选取;提出在缺口应力的有限元分析中,局部模型的边界条件控制采用节点力法比位移法更能有效避免应力集中和应力分布不均。运用缺口应力法对设计阶段的机车焊接构架进行了疲劳分析,通过建立构架整体三维粘接模型和局部缺口模型,分析了焊接接头的缺口应力和累积损伤。本文为机车关键焊接部件的疲劳评估提供了一种新的方法。     

考虑纵肋-横隔板焊缝模拟的正交异性钢桥面板疲劳性能研究

为研究纵肋-横隔板(rib-to-floorbeam,RF)焊缝模拟与否及焊缝模拟数量对正交异性钢桥面板各疲劳敏感细节应力响应的影响,分别建立无RF焊缝及不同数量RF焊缝的正交异性钢桥面板有限元模型,计算轮载作用下各构造细节的应力响应.为提高计算速度与精度,RF焊缝采用体单元模拟,桥面板其他构件采用壳单元模拟,通过约束方程实现体-壳耦合.研究结果表明:模拟RF焊缝时,RF横隔板侧和纵肋侧构造细节的应力幅分别增大66％和54％,其对应的计算疲劳寿命更接近实桥出现裂纹的时间;模拟RF焊缝对弧形切口和RD构造细节应力响应几乎无影响.模拟不同数量RF焊缝对各构造细节应力响应无明显差别;相比于不模拟焊缝的情况,模拟焊缝可以清楚地显示RF焊缝沿高度方向上的应力分布,纵肋和横隔板的连接部位应力过渡更加平滑.     

动车组车钩钩体材料Goodman-Smith曲线及疲劳应用分析

为研究重联状态下动车组车钩钩体的疲劳强度，建立了重联状态下的车钩钩体的有限元模型并通过试验验证了模型的准确性。绘制出钩体材料的修正Goodman-Smith曲线，统计列车在运行过程中受到的载荷谱，计算反复拉压产生的应力，结果位于Goodman曲线的封闭区域内，表明车钩钩体不会发生疲劳破坏。该方法验证了动车组车钩在运行过程中是可靠、稳定的。     

有限元分析在头罩粘接强度校核中的应用

通过对头罩粘接接头建立有限元仿真模型,分析了静态载荷、动态载荷、温差导致的热载荷、疲劳载荷四种工况下胶层产生的应力和应变,结合胶黏剂本身的特性,对粘接接头的安全性能进行评估,对轨道交通车辆部件粘接接头安全设计具有重要意义。     

基于有限元方法的府保黄河铁路桥模态分析

以府保黄河铁路桥桥梁健康状况评估为目标,通过使用ABAQUS工程模拟有限元软件,在建立连续梁模型的基础上,分别从桥梁自振频率、列车横向摇摆力作用下变形,以及动力下的桥梁竖向挠度、横向摇摆和应变-应力关系上进行桥梁状况模拟及分析,为工程技术人员在铁路桥梁结构分析上提供了有效的方法.     

270km·h-1高速动车动强度分析

为使机车车辆在复杂的动态受力情况下,既有足够的强度和刚度,又达到轻量化的目的,将车体、转向架构架及轮对轴箱均作为弹性体考虑。在合理模拟270km·h-1高速动车悬挂元件、设备质量及各种载荷的基础上,利用ANSYS软件瞬态动力学分析功能计算该车在270km·h-1,300km·h-1等速度下运行时的动应力,得到应力—时间历程曲线。对车体主要部件的动强度进行研究,并与试验数据进行比较,结果比较吻合。进一步分析表明:270km·h-1高速动车除车体前、后两端变压器梁与牵引支座交接处最大应力达到了110MPa,其它各点最大应力基本上都在100MPa以内;运行条件相同的情况下,受低激扰谱轨道随机不平顺激扰时车体的应力低于受高激扰谱轨道随机不平顺激扰时的应力;列车运行于300km·h-1时,车体总体应力大于列车运行于270km·h-1时车体对应点的应力,且应力波动频率更高。     

JD160型牵引电机内锥轴静强度有限元分析

采用ANSYS参数化设计语言APDL编程,建立某牵引电机转子全参数化有限元模型,在额定工况下,对转子部件进行了强度模拟。在此基础上,分别探讨了过盈量、油槽倒角以及摩擦系数变化时,转轴等效应力、接触压力以及滑移量的变化规律,为转轴的疲劳失效分析提供数值依据。     

随机风场下高速铁路接触线风振疲劳分析

高速铁路接触网在随机风场的作用下产生短周期变化的应力循环,影响接触网的疲劳寿命。本文采用Davenport和Panosfsky功率谱分别模拟适用于接触网系统的水平和竖直方向上的脉动风时程,推导了作用在接触网上的气动力。在有限元分析软件MSC-Marc中建立高速铁路接触网有限元模型,通过非线性有限元求解得到随机风场下接触线各单元的应力时程。运用改进的雨流计数法对疲劳应力谱进行统计处理,并经Goodman直线修正,得到每个应力循环的等效应力幅值。基于Palmgren-Miner线性疲劳累积损伤准则,对接触线特征单元的疲劳寿命进行估计。研究结果表明:在强风地区,脉动风对接触网风振疲劳影响较为显著;接触线的风振疲劳不利位置出现在定位点和吊弦点处;风攻角决定了接触线风振疲劳不利位置的具体分布。研究结果可为强风地区接触网疲劳设计、日常维护及故障分析提供依据。     

高速铁路接触网动力学响应实验及仿真

对接触网在受电弓/接触网垂向耦合振动过程中的瞬态位移和应力响应进行研究。对某试验接触网进行了动应力测试实验,并与有限元计算结果进行比较,误差在10%以内。利用有限元软件ANSYS建立Re250 0型简单链型悬挂接触网的二维模型,采用模态叠加法进行瞬态仿真分析,得到接触网的位移及应力时间历程。结果说明随着车速提高,接触网振动加剧,动态位移和应力显著增加,对接触网的疲劳和安全可靠性会造成严重影响。     

新材料在防风吹雪走廊防护工程中的应用

从玻璃纤维复合材料的性能分析,建立有限元模型,把一个连续体变成离散体,通过有限个元素来模拟这连续体的受力、变形等情况。预测该区域的应力,更好地确定危险区域的应力分布和应力状态,预测结构的承载能力,进行结构的强度刚度计算,并使之与网架、桩板墙工程变形协调。     

斜拉桥有限元建模和动力特性分析

文章对斜拉桥的主梁、塔、索等结构部件的有限元建模进行了总结和探计，应用大型有限元软件对某斜拉桥建立了有限元模型，进行了自振频率、振型的模态分析，提出了斜拉桥有限元动力分析的特点。     

基于有限元技术的侧架静强度和疲劳寿命分析

发展重载是提高铁路货运能力和货物运输实现快速发展的有效途径。转向架是关系铁路车辆运行安全的重要部件。本文建立了出口澳大利亚35.7 t轴重货车转向架侧架实体模型和有限元模型,运用材料非线性理论知识,利用大型通用有限元软件ANSYS对该侧架进行了静强度分析,并与试验结果进行了比较。结果表明,该侧架在各种工况下均满足要求。将疲劳载荷工况下有限元计算得到的静态应力与M系列矿石车侧架线路谱结合,得到应力谱。利用标称应力与可比构件或零件的实际疲劳特性这一疲劳分析方法,对侧架进行了疲劳寿命评估。     

柔性构架的动应力仿真

采用有限元软件ANSYS建立了CW200型转向架构架的柔性体模型，在此基础上，利用动力学软件SIMPACK建立，完整的CW-200型客车系统动力学模型，通过时域积分，计算出系统结构的振动响应和各项动力学指标，把构架动态载荷重新引入ANSYS中后得到构架各部位的应力分布云图以及关键部位的动态应力-时间历程。本文的研究方法不仅实现了有限元计算与多体动力学分析之间的有效结合，而且完成了多体系统动力学研究中刚体与柔性体之间的耦合，是构架设计新方法的尝试。